工業制品激光清洗系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開一種工業制品激光清洗系統，包括設置于密封罩內的清洗靶面，所述密封罩外壁設有觀察窗和激光入射窗口，還包括帶有PCI控制板卡的工控機、顯示器、電器控制箱、水冷機、激光器和五維控制臺，所述工控機的第一信號輸出端和第二信號輸出端分別與顯示器和電器控制箱的信號輸入端連接，所述電器控制箱的第一信號輸出端、第二信號輸出端和第三信號輸出端分別與水冷機、激光器和五維控制臺的信號輸入端連接，所述五維控制臺的信號輸出端與工控機的信號輸入端連接，所述水冷機通過管道與激光器連接，所述五維控制臺上設有光路箱。本發明還公開了一種工業制品激光清洗設備的控制方法。
【專利說明】工業制品激光清洗系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于工業制品清洗領域，具體涉及一種工業制品激光清洗系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]現在的清洗技術主要應用于工業制品的電鍍、磷化、噴涂、焊接、包裝以及集成線路裝配過程中，必須除去表面上的油脂、灰塵、銹垢及殘留的溶劑、粘結劑等污物，以確保下道工序的質量。由于環境污染和保護不善等原因，大量文物和珍貴藝術品正逐漸銹蝕和污損，有的已被完全破壞，這就有必要采取措施除掉文物表面的污垢及銹蝕，恢復其舊貌。傳統的清洗方法包括機械清洗法、化學清洗法和超聲波清洗法，盡管它們在清洗行業中得到廣泛的應用，但在環境保護和高精度要求下其應用受到很大的限制。機械方法無法滿足高清潔度清洗要求，而化學清洗方法容易導致環境污染，獲得的清潔度也很有限；特別是當污垢成分復雜時，必須選用多種清洗劑反復清洗才可能滿足表面清潔度的要求。超聲波清洗法盡管清洗效果不錯，但對亞微米級污粒的清洗無能為力，清洗槽的尺寸限制了加工零件的范圍和復雜程度，而且清洗后對工件的干燥亦是一大難題。激光清洗技術是近十年來飛速發展起來的新型清洗技術，它因自身的許多優點在許多領域中正逐步取代傳統清洗工藝。它能適應各種表面污物的清洗，對環境污染極小，也可以做到不損傷基體。目前該方法已成為傳統清洗方法的補充和延伸，并因其固有的許多優點而展示了廣闊的應用前景。
[0003]激光清洗的方法一般有四種:
1)激光干洗法，即采用脈沖激光直接輻射去污；
2)激光+液膜的方法，即首先沉積一層液膜于基體表面，然后用激光使液膜發生爆炸去污；
3)激光+惰性氣體的方法，即激光輻射的同時，用惰性氣體吹向工件表面，當污物從表面剝離后，就被氣體遠遠吹離表面，避免清潔表面再次污染和氧化；
4)用激光使污物松散后，再用非腐蝕性的化學方法去污。
[0004]目前在工業生產中主要采用前面3種清洗方法，其中激光干洗法與激光+液膜清洗方法用得最多，第4種方法常用于藝術品的清洗保護。
[0005]傳統清洗方法具有如下不方便性和缺點:
￡1)機械方法無法滿足高清潔度清洗要求。
[0006]幻化學清洗方法容易導致環境污染，獲得的清潔度也很有限。
[0007]0)是當污垢成分復雜時，必須選用多種清洗劑反復清洗才可能滿足表面清潔度的要求。
[0008](1)不方便，步驟繁多；如果要清洗密封罩里面的某個清洗面時，機械清洗方法與化學清洗方法則無法直接滿足，必需卸下外部零件后才能開始清洗。
[0009]6)無法選擇性清洗，對表面清洗的不同范圍無法精確控制，達不到理想的清洗效果。
[0010]f)傳統的清洗方法都是接觸式清洗，若操作不當或有誤，會對操作人員造成傷害或物件污染。
[0011]g)清洗時間長，清洗人員操作時間長，容易困倦疲勞。
[0012]h)無法直觀地觀察表面清洗效果和當前清洗位置。
[0013]i)對極小(um級)的污染物很難清洗掉。
[0014]j)清洗前準備工作多，需要人工費、材料費等，成本極高。
【發明內容】
[0015]本發明所要解決的技術問題便是針對上述現有技術的不足，提供一種工業制品激光清洗系統及其控制方法，在設置好各參數后可以自動完成整個清洗過程，并且清洗效果較好。
[0016]本發明所采用的技術方案是:一種工業制品激光清洗系統，包括設置于密封罩內的清洗靶面，所述密封罩外壁設有觀察窗和激光入射窗口，還包括帶有PCI控制板卡的工控機、顯不器、電器控制箱、水冷機、激光器和五維控制臺，所述工控機的第一信號輸出端和第二信號輸出端分別與顯示器和電器控制箱的信號輸入端連接，所述電器控制箱的第一信號輸出端、第二信號輸出端和第三信號輸出端分別與水冷機、激光器和五維控制臺的信號輸入端連接，所述五維控制臺的信號輸出端與工控機的信號輸入端連接，所述水冷機通過管道與激光器連接，所述五維控制臺上設有光路箱，所述光路箱其中一側面靠近頂部的位置設有平場鏡，光路箱與平場鏡相對的側面靠近底部的位置設有擴束鏡，所述擴束鏡與激光器的激光發射口平行設置，所述光路箱內部與擴束鏡對應的位置設有第一 45度全反鏡，所述光路箱內部與第一 45度全反鏡對應的位置設有第二 45度全反鏡，所述平場鏡的出光口與密封容器的激光入射窗口對稱設置，所述激光器發射口上設有CCD,所述CCD的信號輸出端與五維控制臺的第二信號輸入端連接。
[0017]作為優選，所述光路箱內還設有同軸紅光指示器，所述同軸紅光指示器與電器控制箱連接。
[0018]作為優選，所述擴束鏡與光路箱滑動連接。
[0019]作為優選，所述第一 45度全反鏡與第二 45度全反鏡形狀、尺寸一致。
[0020]作為優選，所述光路箱內還設有內殼體，所述第二 45度全反鏡設置于內殼體中。
[0021]為解決上訴問題，本發明還公開了一種工業制品激光清洗系統的控制方法，包括以下步驟:
a、啟動系統，如需進行模擬演示，進入步驟b，如不需進行模擬演示，進入步驟c；
b、模擬演示；
C、輸入微調位置，微調坐標，進入步驟d ；
d、設置起點坐標和終點坐標,進入步驟e；
e、設置激光頻率、重復次數和光斑大小，進入步驟f；
f、設置第一次清洗起點坐標和終點坐標，如需要進行第二次清洗，進入步驟g，如不需要進行第二次清洗，進入步驟i ;
g、設置第二次清洗起點坐標和終點坐標，進入步驟h；
h、觀察第二次清洗的位置是否為第一次未清洗的間隙，如果是，進入步驟i，如果不是，進入步驟8 ；
1、開始清洗，如中途需要停止清洗，進入步驟』，如中途不需要停止清洗，進入步驟匕；
』、停止清洗；
1清洗完成。
[0022]本發明的有益效果在于:
(1)清洗過程中，一致性、重復性很高。即清洗位置準確、精度高、效果好。
[0023](2)擴束鏡和振鏡間的距離可以上下調整，方便操作人員無需使用大力氣來抬高或降低激光器的安放位置，只需調整擴束鏡與振鏡單的垂直距離便可。
[0024](3)光斑大小可根據用戶指定范圍任意改變。
[0025](4)自動自動執行兩次不同位置清洗，可保證清洗面干凈、光滑，不會出現光斑間隙清洗不到的現象。
[0026](5)紅光與激光同軸，可用紅光模擬演示清洗過程。
[0027](6)整個清洗過程為設備自動完成，操作人員可到室外，避免激光輻射對人體造成傷害。
[0028](7)可通過冗0觀察清洗效果，若還未達到清洗效果，可再次啟動清洗過程，直到達到清洗效果為止。
[0029](8)通過冗0放大觀察后，可微調清洗范圍，精度可到微米級。
[0030](9)清洗范圍用戶可自行設置，隨機性非常強。
[0031](10)清洗方便，整個清洗過程都為無接觸式清洗。
[0032](11)光路調試簡單，只需激光擴束后經全反入射后對準清洗靶面的中心位置即可，設置清洗范圍只需要在中心點的4個像限內設置即可。
[0033]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明結構示意圖；
圖2為本發明光路不意圖；
圖3為本發明控制方法流程圖。
[0035]圖中:1、工控機；2、顯示器；3、電器控制箱；4、水冷機；5、激光器；6、五維控制臺；7、光路箱；8、平場鏡；9、擴束鏡；10、第一 45度全反鏡；11、第二 45度全反鏡；12、密封罩；13、觀察窗；14、激光入射窗口。
[0036]
【具體實施方式】
[0037]下面將結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0038]如圖1和圖2所示，一種工業制品激光清洗系統，包括設置于密封罩12內的清洗靶面，所述密封罩12外壁設有觀察窗13和激光入射窗口 14，還包括帶有控制板卡的工控機1、顯示器2、電器控制箱3、水冷機4、激光器5和五維控制臺6，所述工控機1的第一信號輸出端和第二信號輸出端分別與顯示器2和電器控制箱3的信號輸入端連接，所述電器控制箱3的第一信號輸出端、第二信號輸出端和第三信號輸出端分別與水冷機4、激光器5和五維控制臺6的信號輸入端連接，所述五維控制臺6的信號輸出端與工控機I的信號輸入端連接，所述水冷機4通過管道與激光器5連接，所述五維控制臺6上設有光路箱7，所述光路箱7其中一側面靠近頂部的位置設有平場鏡8，光路箱7與平場鏡8相對的側面靠近底部的位置設有擴束鏡9，所述擴束鏡9與激光器5的激光發射口平行設置，所述光路箱7內部與擴束鏡9對應的位置設有第一 45度全反鏡10，所述光路箱7內部與第一 45度全反鏡10對應的位置設有第二 45度全反鏡11，所述平場鏡8的出光口與密封容器的激光入射窗口 14對稱設置，所述激光器5發射口上設有(XD，所述CXD的信號輸出端與五維控制臺6的第二信號輸入端連接。
[0039]作為優選，所述光路箱7內還設有同軸紅光指示器，所述同軸紅光指示器與電器控制箱3連接。
[0040]作為優選，所述擴束鏡9與光路箱7滑動連接。
[0041]作為優選，所述第一 45度全反鏡10與第二 45度全反鏡11形狀、尺寸一致。
[0042]作為優選，所述光路箱7內還設有內殼體，所述第二 45度全反鏡11設置于內殼體中。
[0043]整個系統中，清洗X軸與清洗Y軸在工作中組成平面，為XY振鏡。C⑶與激光同軸，拍攝到當前激光清洗效果，也可以在激光清洗完成后，用CCD步進掃描方式觀測整體清洗面的效果。
[0044]工作時，首先硬件部份中由工控機I給電器控制箱3發送信號，再由電器控制箱3驅動激光器5按指令發射激光、激光由擴束鏡9擴束后經兩次45度全反，入射到振鏡XY鏡片上，振鏡再根據軟件中的坐標點的運動軌跡出激光進行清洗，經入射孔后，激光焦點在激光靶面左右。因為激光靶面是豎著，所以激光需要水平入射，并豎向或橫向清洗。
[0045]清洗過程中激光器5發射激光有內控觸發和外控觸發兩種模式，內控模式即為激光器5自觸發模式，按軟件設置的頻率、能量、出激光次數、點重復次數、點間隔大小進行出激光、并按步長移動步距，直到點和范圍清洗完成為止，不受外界的控制信號干涉。而外控觸發需要接收到外界給激光器5發射激光的命令后，激光器5才按指令出激光，并移動到下一個待清洗的位置去，等待下一個發射激光的命令。外控觸發信號由現場激光清洗靶面發出，由工控機I的PCI控制板卡接收，由軟件采集后，再由軟件給PCI板卡發送出激光的命令，由電器箱通過電平信號發送到激光器5。
[0046]電器控制箱3上三個紅色按鈕為電源、激光、紅光，電源按下為打開設備總電源并供電，彈起后為斷電，激光按下后方可用軟件進行控制發射激光，紅光按鈕按下后，出紅光，可見，按起后，紅光關閉，看不見紅光。
[0047]如圖3所示，本發明還公開了一種工業制品激光清洗系統的控制方法，包括以下步驟:
步驟S101、啟動系統，如需進行模擬演示，進入步驟S102，如不需進行模擬演示，進入步驟S103 ；
步驟S102、模擬演示；
步驟S103、輸入微調位置，微調坐標，進入步驟S104 ；
步驟S104、設置起點坐標和終點坐標，進入步驟S105 ；
步驟S105、設置激光頻率、重復次數和光斑大小，進入步驟S106 ； 步驟3106、設置第一次清洗起點坐標和終點坐標，如需要進行第二次清洗，進入步驟3107，如不需要進行第二次清洗，進入步驟3109 ；
步驟3107、設置第二次清洗起點坐標和終點坐標，進入步驟3108 ；
步驟3108、觀察第二次清洗的位置是否為第一次未清洗的間隙，如果是，進入步驟3109，如果不是，進入步驟3107 ；
步驟3109、開始清洗，如中途需要停止清洗，進入步驟3110，如中途不需要停止清洗，進入步驟3111 ；
步驟3110、停止清洗；
步驟3111、清洗完成。
[0048]工作時，設置好激光參數，激光頻率(^30112),點重復次數、光斑大小(3-5^)，如上圖紅色光斑為第一次清洗的光斑坐標、藍色為第二次清洗的光斑坐標，根據上圖可見，第一次清洗光斑有10*10=100個，第二次清洗光斑有9*9=81個，按照坐標點的位置，選擇自觸發模式時，激光器5則依按10！！2的頻率、點間隔為28=2^2.5=5^,即為一個光斑的直徑進行自動出激光后移動步長，直到第一次清洗完成后，再按第二次的清洗點坐標進行依次清洗，直到清洗完成。第二次清洗即為第一次光斑未清洗到的間隙。也可只清洗一次，即將第二次清洗取消即可。在清洗過程中，隨時可以停止清洗。外觸發方式即為外控模式，需要等待清洗靶面端的反饋命令，收到出激光命令后，方可出一次激光，并移動一個點的步長，再等待出激光的命令。
[0049]在清洗范圍微調參數中，有上、下、左、右四個微調按鈕，在中間的輸入框中輸入需要微調的距離，單位臟，按上下左右按鈕，即按輸入距離進行移動激光位置，整個過程可用紅光進行指示。位置調整好后，可以將該位置設置為起點，即點擊[設置起點]按鈕，軟件系統記錄起點坐標。也可將其設置成終點位置，即點擊[設置終點]按鈕，軟件系統記錄終點坐標。
[0050]幻掃描范圍:振鏡掃描角決定的最大掃描范圍為200X200111111，實際掃描的面積由靶面尺寸決定。
[0051]幻場鏡焦距:500臟
0)可調焦(手動即可)
(1)掃描區域是一個豎直放置的靶片，所以出射光應沿水平方向射出
6)掃描步長(掃描點的間距):大于小于掃描步長可調節，總距離不會大于
40臟
掃描方式:步進式 8)掃描頻率:1-30?
10掃描次數(激光器5出光系數):可任意設置
1)工作方式:
1)步進式運動:完成一個點的掃描后，將激光焦斑移動到靶片上預定的位置，并靜止停在該位置，等待下一個激光脈沖，如此反復完成整個掃描過程。
[0052]2)啟動方式:外觸發控制。總控制室發出觸發信號(只有一個),延遲脈沖發生器將該觸發信號延遲后，送給掃描系統控制裝置，該控制裝置按預先設定的掃描次數和時間步長發出觸發信號(觸發信號個數等于掃描次數),該觸發信號送給激光器5和掃描振鏡，每發出一個觸發信號，激光器5輸出一個激光脈沖，掃描系統按預定的步長移動一步，并靜止停在該位置，等待下一個觸發脈沖。第二個觸發信號發出后，重復前述的過程。如此反復，完成整個掃描過程。
[0053] 1激光器5參數:
1)輸出波長:106411111,53211111 (配可見指示光)
2)輸出能量:2了@106411111，調節范圍:0.8-2:
3)脈沖寬度:10118±2118
4)重復頻率:30?，調節范圍:1-30?
5)控制方式:內觸發和外觸發。
【權利要求】
1.一種工業制品激光清洗系統，包括設置于密封罩內的清洗靶面，所述密封罩外壁設有觀察窗和激光入射窗口，其特征在于:還包括帶有PCI控制板卡的工控機、顯示器、電器控制箱、水冷機、激光器和五維控制臺，所述工控機的第一信號輸出端和第二信號輸出端分別與顯示器和電器控制箱的信號輸入端連接，所述電器控制箱的第一信號輸出端、第二信號輸出端和第三信號輸出端分別與水冷機、激光器和五維控制臺的信號輸入端連接，所述五維控制臺的信號輸出端與工控機的信號輸入端連接，所述水冷機通過管道與激光器連接，所述五維控制臺上設有光路箱，所述光路箱其中一側面靠近頂部的位置設有平場鏡，光路箱與平場鏡相對的側面靠近底部的位置設有擴束鏡，所述擴束鏡與激光器的激光發射口平行設置，所述光路箱內部與擴束鏡對應的位置設有第一 45度全反鏡，所述光路箱內部與第一 45度全反鏡對應的位置設有第二 45度全反鏡，所述平場鏡的出光口與密封容器的激光入射窗口對稱設置，所述激光器發射口上設有CCD，所述CCD的信號輸出端與五維控制臺的第二信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的工業制品激光清洗系統，其特征在于:所述光路箱內還設有同軸紅光指示器，所述同軸紅光指示器與電器控制箱連接。
3.根據權利要求1或2所述的工業制品激光清洗系統，其特征在于:所述擴束鏡與光路箱滑動連接。
4.根據權利要求1或2所述的工業制品激光清洗系統，其特征在于:所述第一45度全反鏡與第二 45度全反鏡形狀、尺寸一致。
5.根據權利要求1或2所述的工業制品激光清洗系統，其特征在于:所述光路箱內還設有內殼體，所述第二 45度全反鏡設置于內殼體中。
6.一種如權利要求1所述的工業制品激光清洗系統的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: a、啟動系統，如需進行模擬演示，進入步驟b，如不需進行模擬演示，進入步驟c； b、模擬演示； C、輸入微調位置，微調坐標，進入步驟d ； d、設置起點坐標和終點坐標,進入步驟e； e、設置激光頻率、重復次數和光斑大小，進入步驟f； f、設置第一次清洗起點坐標和終點坐標，如需要進行第二次清洗，進入步驟g，如不需要進行第二次清洗，進入步驟i ; g、設置第二次清洗起點坐標和終點坐標，進入步驟h； h、觀察第二次清洗的位置是否為第一次未清洗的間隙，如果是，進入步驟i，如果不是，進入步驟g ； l、開始清洗，如中途需要停止清洗，進入步驟j，如中途不需要停止清洗，進入步驟k; j、停止清洗； k、清洗完成。
【文檔編號】B08B7/00GK104438230SQ201410651527
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】何劉, 黃永忠, 王德友, 黃波, 趙書閣 申請人:成都萊普科技有限公司